航天裝備制造工藝標準視頻化探析

彭建軍PENG Jian-jun；劉穎LIU Ying；田云TIAN Yun

（①北京航天情報與信息研究所，北京 100854；②中國五洲工程設計集團有限公司，北京 100053）

0 引言

航天裝備產品由于其本身運行環境和功能的特殊性，對加工和制造工藝提出了更高的要求。裝備制造工藝系列相關標準的發布和實施，對裝備產品質量把控起到了重要的指導和支撐作用。生產中的工藝標準可分為工藝技術標準和工藝管理標準兩個方面的內容。其中，工藝技術標準是通過標準化工作來規范生產中的工藝技術工作行為，是保障裝備及產品質量的核心[1]。因此，在數字化環境下，如何使工藝標準更好更快地被掌握和應用，是在推動裝備制造工藝改進和優化過程中值得不斷探討的問題。本文在對裝備制造工藝標準進行學習和思考的基礎上，結合新媒體技術的發展，提出將工藝技術相關標準進行視頻化處理，以此推動航天裝備制造工藝標準的貫徹和實施。

1 航天裝備制造工藝標準的現狀

1.1 國內航天裝備制造工藝標準現狀

航天裝備制造工藝標準是指依據航天裝備及產品的實際應用需求，對制造過程中的零部件、元器件等進行加工或裝配的方法，以及有關工藝精度要求的一系列標準。工藝標準的貫徹和實施使得裝備產品的生產過程能夠達到相對穩定的工藝水平，較好地保證了產品質量。隨著航天裝備多種型號的研發不斷推進，我國已經制定多項航天裝備制造工藝標準。

廣義上可將航天裝備制造工藝技術標準分為三類：一是工藝基礎標準，如：工藝符號、代號、術語標準；工藝文件標準；工藝余量標準等。二是工藝流程標準，包括工藝流程圖、工序參數等。三是工藝操作規程標準，如：專用工藝、通用工藝、規程；工序操作規范等。標準分類如圖1 所示?，F有的航天裝備制造工藝標準中，第三類工藝操作規程標準的數量和種類相對來說遠多于其他兩類標準[2]，此類標準的貫徹和實施也相對更加困難。此外，航天裝備產品對質量和工藝精度的要求十分嚴格。航天軍工產品市場，是一種高離散的定制化市場，具備明顯的小批量多品種同時生產的特點[3]，每件產品的加工過程涉及多工藝融合，多工種協同加工，因此也涉及到多個工藝操作標準的內容。航天裝備和產品本身的獨特性決定了其符合標準文件要求的難度和與此同時帶來的巨大工作量。因此，對航天裝備制造工藝操作規程標準展開標準化模式與工具創新實踐具有重要應用價值。

圖1 工藝標準分類

1.2 國外航天裝備制造工藝標準現狀

國際上的各個軍事強國對航天裝備制造工藝標準的研究相對我國起步較早，對工藝標準化工作都給予了高度的關注，不斷結合各國生產方式和發展水平現狀來進行工藝標準化創新實踐[5]。目前美國研制了大量先進的工藝制造設備，不斷將工藝操作標準融入到工藝制造設備的設計中，嘗試利用人工智能技術取代部分人力操作、人工試驗或檢驗。而俄羅斯在多年的航天裝備及產品生產經驗中積攢了大量的企業工藝技術標準?？梢愿鶕ば蛞?，快速的搭建新的流水線來適應裝備及產品的小批量定制生產。此外，歐洲一些軍事強國也在不斷嘗試使用信息化設備和智能制造方法來提高航天裝備及產品的工藝質量。

總之，隨著科學技術的進步及智能制造的發展趨勢，近年來以美國為首的發達國家的裝備制造流程、工藝和發展思路已經發生了根本性的轉變。先進的計算機和新媒體技術將不斷被應用在裝備制造工藝標準的實踐中。所以，只有依據國家的生產方式和特點，有針對性地開展數字化環境下的工藝標準化模式與工具創新實踐，才能夠保證裝備制造工藝能夠不斷適應標準化的要求，不斷生產出高精度、高質量的航天裝備及產品。

1.3 我國航天裝備制造工藝標準貫徹和實施過程中存在的問題

綜合來看，我國目前航天裝備工藝操作規程標準實施過程中主要有以下幾個困難：

1.3.1 設計與制造分離

裝備制造工藝標準在貫徹和應用的過程中，其應用者主要面向產品設計研發的科研工作者和加工工人。而目前國內航天裝備制造業大都是廠所分離，即設計和制造分離的狀態[4]，設計、工藝制造分屬不同單位，設計人員不直接干涉工藝人員生產流程中的工藝標準實施情況，導致在國內標準設計和應用實踐方面存在斷層。

1.3.2 工藝加工人員對標準的理解和掌握存在局限性

此外，由于標準本身是一種書面化的具有規范性的文件，具有精煉、嚴謹的特性，這使得實際應用過程中難以掌握其尺度。工藝操作規程標準的實施則更加側重工廠中進行實際工藝加工操作工人。工人本身的專業知識有限、學習能力有限，這使得他們在閱讀和理解標準的過程中遇到較大的困難，這也在一定程度上制約了工藝標準的貫徹和實施。

1.3.3 工藝質量檢驗要求與標準不一致

在裝備工藝質量檢驗階段，需要依據工藝標準的文字要求給出檢驗結果，這需要檢驗員對標準有充分和深入理解。此外，航天裝備產品的小批量多品種的特點也對檢驗員提出了更高的要求，意味著檢驗員需要掌握大量的標準規范和具備一定的檢驗經驗。所以在工藝質量檢驗環節可能會出現檢驗要求與標準無法對應的情況。此外，雖然對于某些批量生產的產品已有視頻標檢設備，但仍然依賴于標準比對視頻的制作質量。

總而言之，我國目前急需便捷高效的方法來使工藝操作規程標準被工藝加工者、檢驗員或檢驗設備設計人員理解和應用，從而使得航天裝備加工制造過程真正得到標準化指導、測試和驗證。

1.4 數字化環境下的標準的視頻化趨勢

隨著互聯網和計算機技術的不斷成熟，數字化環境下的新媒體逐步朝著視頻化、多感官化發展。與傳統的信息媒介相比，視頻信息可視又可聽，是動態的直觀的，這無疑可以在同樣的時間傳遞更多的信息，更符合未來信息快速、大量傳播的發展趨勢。多種便捷的攝影錄像設備、計算機強大的音視頻數據處理能力、高效易用的視頻處理軟件，共同為視頻制作提供了足夠的技術支持和技術保障，降低了視頻制作的門檻。數字化環境下視頻化趨勢的發展，促進了視頻技術的快速發展，目前視頻資源的質量在不斷提升，兼容性也越來越好，而制作成本也越來越低，這為航天裝備制造工藝標準的視頻化提供了可能。

2 數字化環境下工藝標準視頻化實踐的方法

數字化環境下，針對我國航天裝備制造工藝標準貫徹和實施中存在的問題，利用計算機和多媒體技術，錄制或制作標準視頻具有可行性。根據圖1 中的工藝標準分類進行分析，因為工藝基礎標準和工藝操作規程標準內容相對固定且數量較少，其中很多參數和流程要求也滲透于航天裝備制造工藝操作規程標準之中。所以標準視頻化主要針對航天裝備制造工藝操作規程類標準。此類規范與工藝操作者聯系更為密切，直接關系到工藝操作本身，視頻化可以使操作規范更直觀，有更好的實際應用效果。

2.1 制作標準視頻的整體流程

2.1.1 標準分劇本制作

要將靜態的、平面的標準轉換成動態的、立體的視頻，需要建立在將標準研讀清楚透徹的基礎上。所以視頻制作的第一步就要求對標準進行反復的閱讀和研究（如圖2）。

圖2 標準分劇本制作

首先要標準制定人員確定整份標準的核心與重點，找準主體對象；然后依據標準邏輯結構，以條為單元，考慮該條標準的效用和功能、錄制或制作的難度和周期等因素，將標準進行多個視頻片段的初步劃分；制作標準劇本分割匯總表，如表1 中的示例；在此基礎上，經工藝專家評審對標準細節進行研究和不斷補充。最終確定劇本分割匯總表和劇本設計。

表1 工藝標準劇本分割匯總表

2.1.2 標準視頻的制作和注錄

以工藝標準劇本分割匯總表和標準分劇本為基礎，來進行標準視頻的制作（如圖3）。對于多數劇本，均可采用高清視頻錄制加后期剪輯的方法，多鏡頭多角度進行工藝制造加工過程的錄制。此外，對于某些工件的加工細節、裝配等標準，或者涉及高溫或有害加工環境的標準，視頻制作可以采用動畫制作的方式，以減少視頻制作難度和成本。

圖3 工藝標準視頻制作和注錄

視頻制作完成后，由于工藝標準劇本分割以條為單元，所以工藝專家要對視頻進行把關，最后進行章節條號、標準名稱、工藝類型、工序名稱等信息的注釋和錄入。這樣才可以形成標準文字到標準視頻的映射關系，逐條存儲入標準視頻庫?？梢砸罁嶋H需求，進行視頻片段的調取、整合和使用。

2.2 制作標準視頻片段的技術手段

2.2.1 高清視頻設備錄制剪輯

目前市面上可用的視頻攝像設備較多，高清視頻剪輯軟件也較多。例如：Adobe Premiere 軟件，有較好的兼容性，可進行標準化視頻錄制后的剪輯、合并等相關工作。會聲會影軟件可導出多種常見的視頻格式，可以直接制作成DVD 和VCD 光盤。因為航天等軍工裝備系統常常用于涉密工作環境，因此視頻的傳播介質離不開光盤傳輸，會聲會影很好地適用于此方面的應用需求。

2.2.2 利用三維視頻動畫制作

對于工件加工細節、裝配等標準、或者涉及高溫或有害環境的標準，視頻制作可以采用動畫制作的方式。例如：Unity3D 軟件可以實現多平臺交互操作三維視頻的實現；3DSMax 軟件是三維建模、動畫、渲染的制作軟件，可用于標準化視頻中工藝場景的仿真和搭建；Adobe After Effects軟件可以高效且精確地創建動態圖形和視覺效果[6]。此外，當前航天裝備制造領域提出的MBD（基于模型的定義）技術，將產品設計尺寸和制造信息等共同注入到產品的三維模型之中。也可以在此基礎上進行標準視頻的制作，融入工藝信息及工藝操作規程標準信息，從而以三維視頻為載體使標準貫徹產品設計加工全流程，進一步發揮MBD 技術的價值。

2.3 標準視頻片段的使用

標準視頻使用時，工藝操作人員或檢驗員可填寫“裝備產品選用標準清單”，通過標準章節條號、產品類型、工藝類型、工序名稱和工步名稱等信息從標準視頻信息庫中調取相應的視頻片段。依據最終的標準選用清單，按順序進行視頻片段的整合。工藝操作人員通過觀看標準視頻提升自身技能。檢驗員通過觀看標準視頻充分了解標準的內涵，從而更好的對工藝進行監督檢驗。

3 標準視頻化的應用

3.1 標準視頻化輔助MBD 應用，促進設計工藝一體化

航天武器裝備的研制是先進技術的工程化實現。工程化過程中，裝備產品的特性會受到制造工藝的限制，其可靠性、經濟性、安全性都要靠工藝來實現和保證。國內航天裝備制造業大都是設計和工藝加工分離的狀態。而在標準視頻化的實踐過程中，離不開設計人員和工藝專家的共同參與和合作，加強了雙方的溝通。此外，在制作三維視頻時，基于產品的MBD 三維模型進行視頻制作，可有效融合產品設計和制造加工各方面的信息，促進研制、加工、檢驗各環節的高度集成，推動一體化變革發展。工藝工人在視頻觀看過程中，也更能快速掌握標準的要求和設計者意圖?？傊瑯藴室曨l的制作或使用的傳遞過程也是設計人員、工藝人員和檢驗人員之間的溝通過程，有效保證了裝備產品的工藝質量[8]。

3.2 豐富一線人員培訓方式，加強信息化貫標手段

此外，工藝操作規程標準視頻可作為工藝操作工的學習載體，工人在觀看標準化視頻后，按照其中的標準動作及要求反復練習，直至能夠熟練規范的進行工藝加工操作，可幫助其養成正確的操作習慣，提高加工操作水平[7]。針對航天裝備產品本身的小批量多品種的特點，工藝工人往往需要較高的工藝水平和多工種協同操作能力，所以標準視頻可有效幫助提升工人多工藝綜合操作能力。此外，工人操作與標準操作視頻可進行對比檢驗，可輔助對工人的加工操作過程進行有效的監督和管理。

3.3 提升標準和質檢的關聯度，為智能化檢驗奠定基礎

多數的工藝質量檢驗是檢驗員依據工藝操作規程標準和設計文件，在加工過程中的每個工序之后進行質量檢驗。實際上，檢驗員在沒有專門的檢驗標準的情況下，只能依據工藝操作規程標準進行理解判斷和評估，任務量大且比較依賴檢驗經驗與對標準的理解能力。此外，市面上的視頻對比標檢軟件也已經相對成熟，而標檢軟件的視頻的制作離不開標準視頻的制作。因此，進行工藝操作規程標準的視頻制作，可為航天裝備產品檢驗員和標檢軟件提供有力的技術檢驗支撐，提高檢驗效率和準確度。

4 標準化工作的啟示

將傳統工藝標準文件進行視頻化處理，是數字化環境下標準化模式與工具的創新實踐，對提升航天裝備制造工藝水平有重要的應用價值。新時期，隨著數字化、智能化在航天領域的提出與逐步推進，標準將成為數字化研制過程中的高級知識，要將標準中的知識解構并靈活嵌入研制流程，使數字化研制環境下的航天裝備產品真正成為符合標準要求的產品。只有真正將標準實質性融入數字航天，才能不斷激發標準化建設新動能。標準視頻化的逐步推進和成熟，未來可能改變標準制定的流程和標準的結構形式，進而強力推動標準的改革和創新工作。